Granite River Labs (GRL)
Alan Chuang - General Manager, GRL Greater China
디지털 인터페이스의 진화로 소비자는 최신 전자 제품을 점점 더 편리하게 사용할 수 있게 되었지만 인터페이스 환경은 빠르고 극적으로 변화하고 있습니다.
처음에는 몇몇 제조업체의 하드웨어 인터페이스가 지배했습니다. 이들은 여러 구성원의 기여와 주요 협회가 주도하는 공통 표준의 공식화를 장려하는 생태계에 자리를 내주었습니다. 이것은 오늘날의 혁신적이고 점점 더 빠르게 움직이는 시장을 형성했습니다.
비디오 및 오디오 인터페이스의 진화
개인용 컴퓨터가 대중화되기 전에 디스플레이 애플리케이션의 주요 옵션은 AV 및 S-비디오 터미널과 같은 아날로그 텔레비전(TV) 인터페이스였습니다. 1990년대에 PC가 확산되기 시작하고 시장이 TV와 전용 컴퓨터 디스플레이라는 두 가지 주요 흐름으로 나뉘면서 상황이 바뀌었습니다. 향상된 해상도에 대한 요구는 인터페이스가 VGA에서 DVI 및 HDMI®로, 아날로그에서 디지털로 전환되는 것을 보았습니다.
HDMI의 개발은 주로 오디오 및 비디오 제품의 두 가지 주요 사용 사례에 의해 지배되었습니다. 하나는 장거리 시청을 위해 안테나, 셋톱박스, 플레이어 또는 게임 콘솔을 연결하는 데 중점을 두었습니다. 다른 하나는 훨씬 더 짧은 거리에서 컴퓨터에 직접 연결하도록 설계되었습니다. 이러한 다양한 기능과 요구 사항을 해결하기 위해 VESA는 2006년에 최초의 DisplayPort 아키텍처를 제안했습니다. DisplayPort는 컴퓨터 디스플레이의 주요 인터페이스가 되었고 HDMI는 TV의 주요 인터페이스가 되었습니다.
DisplayPort 1.3의 도입으로 최대 32.4Gbps의 대역폭이 제공되었습니다. 이로 인해 HDMI는 더 높은 해상도와 새로 고침 속도를 지원하기 위해 대역폭을 늘려야 했고, 그 결과 2017년에 HDMI 2.1(48Gbps)이 출시되었습니다.
USB-IF 및 VESA는 Thunderbolt 기술을 사용하기 위해 Intel로부터 승인을 받은 후 USB Type-C® 인터페이스용 DisplayPort 2.0(80Gbps)을 출시했습니다. 최대 16K@60Hz의 해상도를 지원할 수 있으며 USB4® 데이터 스트림과 동시에 데이터를 전송할 수 있습니다. 이러한 특성으로 인해 DisplayPort는 컴퓨터 주변 장치에서 대중적이고 널리 사용되는 인터페이스가 되었습니다. 그러나 TV 부문의 채택률은 여전히 낮습니다.
그림 1: 비디오 및 오디오 전송 인터페이스의 진화
데이터 전송 인터페이스의 발전
그림 2에서 볼 수 있듯이 PCI Express®(PCIe)는 데이터 전송 속도를 높이는 데 앞장서 왔습니다. 지난 20년 동안 PCIe는 대부분의 메인스트림 CPU, GPU 및 코어 프로세서 생산업체에서 IC의 주요 외부 전송 인터페이스로 사용되었습니다. IC 설계의 개선과 반도체 제조의 발전으로 인해 레인당 2.5Gbps를 지원하는 최초의 PCIe1은 레인당 64Gbps를 제공하는 PCIe6으로 발전했습니다. 그러나 PCB에 사용되는 재료는 점차 대량 생산의 물리적 한계에 가까워지고 있습니다. 프리앰프, 프리샷, 진폭 협상, CTLE, FFE, DFE 및 기타 기술과 같은 송수신 단의 보상 메커니즘은 모두 PCB 및 케이블 재료의 한계를 극복하는 데 사용되고 있습니다.
SATA 및 SAS와 같은 스토리지 애플리케이션 인터페이스는 PCIe로 직접 대체되고 있습니다. 더 많은 제품이 SSD 설계를 사용함에 따라 아키텍처에 다른 브리징 솔루션을 구축할 필요 없이 PCIe를 IC에 직접 연결할 수 있습니다. 이는 복잡한 설계를 간소화할 수 있다는 것을 의미합니다.
또한 썬더볼트, USB, 디스플레이포트와 같은 인터페이스를 USB Type-C®에 통합할 수 있습니다. 인터페이스의 통합으로 최종 사용자는 이미지, 사운드, 데이터, 제어 및 전원 공급 장치를 매우 편리하게 관리할 수 있습니다. 하지만 IC 및 제품 개발자는 여전히 설계의 성능과 호환성을 검증하는 데 시간을 투자해야 합니다. 일관된 품질과 호환성을 보장하는 것은 표준 협회와 GRL과 같은 공인 테스트 연구소의 주요 임무입니다.
그림 2: 고속 전송 인터페이스의 진화
IEEE802.3은 네트워크 통신의 초석이며 기술의 최전선에서 작동합니다. 표 1에서 볼 수 있듯이 이더넷의 최대 속도는 현재 112Gb/s입니다. 하지만 한 번에 한 비트씩 데이터를 전송하는 NRZ 아키텍처만으로는 충분하지 않습니다. PAM 아키텍처를 사용하면 한 번에 2비트 이상의 데이터를 전송할 수 있습니다.
데이터 전송 속도는 PCB 소재와 부품에 의해 제한되기 때문에 더 많은 데이터를 전송하는 쉬운 방법은 전압 진폭을 변경하는 것이며, 이 새로운 데이터 프로토콜은 더 이상 데이터와 비디오 포맷을 구분하지 않습니다. 이는 인터페이스 개발의 차세대 트렌드를 나타냅니다.
데이터 센터 기술의 발전은 종종 소비자 가전제품으로 이어집니다. 예를 들어 이더넷은 오랫동안 데이터 센터의 주요 기술이었습니다. 하지만 소비자 가전 제품에서 보편화된 USB4 및 DisplayPort 2.0 기술은 사실 이더넷과 매우 유사합니다. USB4 및 DisplayPort 2.0은 CIO(Converged-IO) 프로토콜과 같은 Thunderbolt와 동일한 기술을 사용합니다. 초기에 Thunderbolt는 10.3125Gb/s 및 20.625Gb/s로 데이터를 전송하고 장치 식별을 위해 네트워킹 IP 주소와 같은 개념을 사용했으며 모든 데이터 유형은 터널링 모드에서 로드되었습니다. 이러한 접근 방식은 모두 이더넷 기술과 유사합니다.
표 1: 인터페이스 데이터 전송률
클라우드 데이터베이스의 급속한 발전으로 머지않아 대부분의 단말기가 특별히 강력할 필요가 없어질 것이 분명해 보입니다. 텍스트, 이미지, 오디오 및 비디오를 수신, 표시 및 전송하는 데 충분한 처리 용량만 있으면 됩니다.
데이터 센터는 이미 방대한 양의 데이터 저장 및 컴퓨팅 용량을 수용할 수 있습니다. 이로 인해 유선 및 무선 네트워크에 대한 부담도 커지고 있습니다. 지속적인 수요를 수용하려면 더 많은 클라우드 애플리케이션과 방대한 양의 데이터를 위한 인텔리전트 컴퓨팅을 지원하는 새로운 하드웨어가 필요합니다. 양자 컴퓨터 기술 및 6G 스타 체인 개발과 같은 새로운 트렌드는 강력한 새로운 데이터 센터의 토대를 마련하고 있습니다.
물론 이로 인해 무시할 수 없는 새로운 네트워크 보안 문제도 발생하고 있습니다.
그림 3: 고속 전송 인터페이스의 진화
Author
Alan Chuang - GRL 중화권 총괄 매니저
전기 및 전자 테스트 및 계측 산업에서 비즈니스 비전부터 실무 제품 개발에 이르기까지 15년간의 다분야 경험을 바탕으로 탄탄한 기술 배경을 갖춘 Alan은 다양한 전송 인터페이스 기술 및 애플리케이션에 대한 전문가입니다. GRL 중화권 총괄 매니저로서 동관, 상하이, 타이베이에 위치한 세 곳의 연구소의 비즈니스 개발 및 향후 개발 목표를 책임지고 있습니다.
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